JP7468432B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体装置に関する。
特許文献1は、n型酸化ガリウム半導体とp型半導体とのヘテロ接合を有する半導体装置、より具体的には、n型酸化ガリウム半導体とp型半導体とを用いた、ジャンクションバリアショットキー(JBS)ダイオードを開示している。同文献は、n型酸化ガリウム半導体が有しているトレンチ構造が有するメサ形状部分の幅は、0.25μm~5μmであることが好ましい旨を記載している。
特開2019-36593号公報
例えば特許文献1が開示するような、n型酸化ガリウム半導体とp型半導体とのヘテロ接合を有する半導体装置において、耐圧性の向上及び抵抗の低減の両立が求められている。
本開示は、耐圧性の向上及び抵抗の低減を両立させた、半導体装置を提供することを目的とする。
本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した:
《態様1》
第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、
複数の前記p型半導体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、
前記第1の電極体層は、複数の前記p型半導体層と接し、かつ複数の前記p型半導体層同士が離間している部分において前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の前記一方の面側に積層されており、
前記第2の電極体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、
半導体装置であって、
前記p型半導体層のそれぞれに対して最も近接している前記p型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmである、
半導体装置。
《態様2》
前記n型酸化ガリウム半導体層は、複数の前記p型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有しており、
複数の前記p型半導体層は、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有しており、かつ
前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層とが、最も近接しており、
前記第1の電極体層は、前記第1のp型半導体層及び前記第2のp型半導体層と接し、かつ複数の前記トレンチ構造の側面において、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されている、態様1に記載の半導体装置。
《態様3》
前記第1の電極体層の前記第2の電極体層に対する相対電位が0Vの状態において、前記第1のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第1の空乏層と、前記第2のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第2の空乏層とが、互いに連結するように、隣り合う前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層の最短距離及び前記n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度が設計されており、かつ
前記第2の電極体層がオーミック電極である、
態様2に記載の半導体装置。
《態様4》
複数の前記トレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有しており、
前記周辺耐圧構造において、
複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び
複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有しており、かつ
前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層とが、最も近接している、
態様2又は3に記載の半導体装置。
《態様5》
複数の前記第3のp型半導体層は、厚さが互いに異なるものを2つ以上有している、
態様4に記載の半導体装置。
《態様6》
半導体装置の中央側から外側に向かうにつれて、最も近接している前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっている、
態様4に記載の半導体装置。
《態様7》
前記n型酸化ガリウム半導体層は、ドーピング密度が3×1017cm-3以上である酸化ガリウム基板である、態様1~6のいずれか一つに記載の半導体装置。
本開示によれば、耐圧性の向上及び抵抗の低減を両立させた、半導体装置を提供することができる。
図1Aは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を示す模式図である。 図1Bは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図1Cは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図1Dは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図1Eは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図1Fは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図1Gは、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図2Aは、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置を示す模式図である。 図2Bは、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図3は、本開示の第3の実施形態に従う半導体装置の周辺耐圧構造を示す模式図である。 図4Aは、参考例1の半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図4Bは、参考例1の半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図4Cは、参考例1の半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図4Dは、参考例1の半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図4Eは、参考例1の半導体装置を製造する工程の一例を示す模式図である。 図5は、参考例1~10の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示すグラフである。 図6は、実施例1~5及び比較例1~8の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示すグラフである。
以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
《第1の実施形態》
本開示の第1の実施形態に従う半導体装置は、第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、複数のp型半導体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、第1の電極体層は、複数のp型半導体層と接し、かつ複数のp型半導体層同士が離間している部分においてn型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、半導体装置であって、p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmである。
原理によって限定されるものではないが、本開示の第1の実施形態に従う半導体装置において、耐圧性の向上及び抵抗の低減が両立される原理は、以下のとおりである。
図1Aに示すような、半導体装置1において、耐圧性の向上及び抵抗の低減を両立することを検討した。ここで、この半導体装置1は、第1の電極体層10、複数のp型半導体層20、n型酸化ガリウム半導体層30、及び第2の電極体層40を有しており、複数のp型半導体層20は、n型酸化ガリウム半導体層30と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面側に積層されており、第1の電極体層10は、複数のp型半導体層20と接し、かつ複数のp型半導体層20同士が離間している部分においてn型酸化ガリウム半導体層30と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面側に積層されており、第2の電極体層40は、n型酸化ガリウム半導体層30と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層30の他方の面側に積層されている。
上記のような構成を有する半導体装置1において、耐圧性の向上を図るためには、p型半導体層20のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層20までの最短距離d1を小さくすることが考えられる。しかしながら、この距離が小さくなるにつれて、半導体装置1の抵抗が増加する。すなわち、耐圧性の向上と抵抗の低減とは、トレードオフの関係にある。
この点に関して、p型半導体層20のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層20までの最短距離を、1.0μm以下とすることで、特に耐圧性を向上させることができる。しかしながら、p型半導体層20のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層20までの最短距離を、0.4μm未満とすると、抵抗が急激に増加する。
本開示の第1の実施形態に従う半導体装置1は、p型半導体層20のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層20までの最短距離d1が、0.4μm~1.0μmであるため、耐圧性の向上及び抵抗の低減が両立される。
なお、図1Aは、本開示の半導体装置を限定する趣旨ではない。
《第1の電極体層》
第1の電極体層は、複数のp型半導体層と接し、かつ複数のp型半導体層同士が離間している部分においてn型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されている。
第1の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層とショットキー接触している。第1の電極体層は、少なくともn型酸化ガリウム半導体層と接触している部分が、n型酸化ガリウム半導体層とショットキー接触することができる任意の材料、例えばFe、Cu、Mo、又はW等の金属から構成されていることができる。
《p型半導体層》
複数のp型半導体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されている。複数のp型半導体層同士は、n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側において、互いに離間して配置されている。
p型半導体層の材料は、例えばGa、NiO、CuO、SnO、ZeSe、GaN、SiC、Si、及びGaAs等を挙げることができるが、これらに限定されない。
p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmである。
p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離は、0.4μm以上、0.5μm以上、0.6μm以上、又は0.7μm以上であってよく、1.0μm以下、0.9μm以下、0.8μm以下、又は0.7μm以下であってよい。
《n型酸化ガリウム半導体層》
n型酸化ガリウム半導体層は、任意の手法で作製したGa単結晶基板又は市販のGa単結晶基板を用いることができる。Ga単結晶基板は、α-Ga単結晶、β-Ga単結晶、又は他の結晶構造を有するGa単結晶であることができ、好ましくはβ-Ga単結晶である。n型酸化ガリウム半導体層は、これらの基板に、例えばSi又はSn等がドープされることにより、n型半導体層となっていることができる。
n型酸化ガリウム半導体層は、ドーピング密度が3×1017cm以上である酸化ガリウム基板であってよい。
n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度は、3×1017cm-3~9×1018cm-3であってよい。n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度は、3×1017cm-3以上、5×1017cm-3以上、7×1017cm-3以上、又は9×1017cm-3以上であってよく、9×1018cm-3以下、7×1018cm-3以下、5×1018cm-3以下、又は3×1018cm-3以下であってよい。
《第2の電極体層》
第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている。
第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層とオーミック接触している。
第2の電極体層は、少なくともn型酸化ガリウム半導体層と接触している部分が、n型酸化ガリウム半導体層とオーミック接触することができる任意の材料、例えばTi等の金属から構成されていることができる。また、第2の電極体層は、n型酸化ガリウム半導体層上に配置した電極体層に熱処理を行うことによって、オーミック接触としたものであってもよい。
《製造方法》
本開示の第1の実施形態に従う半導体装置は、例えば図1B~Fに示す方法によって製造することができる。
まず、図1Bに示すn型酸化ガリウム半導体層30に対して、図1Cに示すように、マスキング100を形成する。次いで、図1Dに示すように、エッチングによりn型酸化ガリウム半導体層30の一方の面側にトレンチ構造31を形成し、図1Eに示すように、マスキング100を除去する。その後、図1Fに示すように、p型半導体層21、23を堆積させる。ここで、図1Gに示すように、p型半導体層21,23のうち、トレンチ構造31の凹部内に堆積したp型半導体層21は残して、トレンチ構造31の凸部33上に堆積したp型半導体層23を除去する。最後に、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわちp型半導体層21が積層されている側の面上に、第1の電極体層10を配置し、n型酸化ガリウム半導体層30の他方の面に、第2の電極体層40を配置して、図1Aに示すような、半導体装置1が形成される。
なお、図1B~Fは、本開示の半導体装置を限定する趣旨ではない。
また、マスキング、エッチング、及びp型半導体層の堆積は、半導体装置を製造するために用いられる任意の方法を採用することができる。
《第2の実施形態》
本開示の第2の実施形態に従う半導体装置は、上記の本開示の第1の実施形態を前提として、n型酸化ガリウム半導体層が、複数のp型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有している。ここで、複数のp型半導体層は、複数のトレンチ構造の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び複数のトレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有している。また、複数のp型半導体層それぞれのうち、第1のp型半導体層と第2のp型半導体層とが、最も近接している。そして、第1の電極体層は、第1のp型半導体層及び第2のp型半導体層と接し、かつ複数のトレンチ構造の側面において、n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されている。
より具体的には、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置は、例えば図2Aに示すような構造を有している。
図2Aは、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置2を示す模式図である。
図2Aに示すように、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置2において、n型酸化ガリウム半導体層30は、複数のp型半導体層21、23が積層されている側に、複数のトレンチ構造31を有している。複数のp型半導体層21,23は、複数のトレンチ構造31の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層21、及び複数のトレンチ構造31間の凸部33上に積層されている、第2のp型半導体層23を有している。ここで、複数のp型半導体層21,23それぞれのうち、第1のp型半導体層21及び第2のp型半導体層23が、最も近接している。そして、第1の電極体層10は、第1のp型半導体層21及び第2のp型半導体層23と接し、かつ複数のトレンチ構造31の側面において、n型酸化ガリウム半導体層30と接するようにして積層されている。
図2Aにおいて、第1のp型半導体層21と第2のp型半導体層23との間の最短距離d2は、0.4μm~1.0μmである。
n型酸化ガリウム半導体層と異種材料であるp型半導体層とを用いた半導体装置を形成する場合、n型酸化ガリウム半導体層にイオン注入を行うことによってp型半導体層を形成することはできない。このような場合、例えば、上記で説明した、図1B~1Gに示す方法によって図1Aに示すような構成の半導体装置1を製造することが考えられる。
図1Aが示すような構成において、耐圧性の向上及び抵抗の低減を両立するためには、トレンチ構造31間の凸部33の幅を0.4μm~1.0μmで形成することが求められる。
しかしながら、この様な狭い幅でトレンチ構造31を形成するためには、微細な加工を要する。
この点に関して、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置2は、複数のトレンチ構造31の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層21、及び複数のトレンチ構造31間の凸部33上に積層されている、第2のp型半導体層23が、最も近接している2つのp型半導体層21、23同士となる。そのため、最も近接しているp型半導体層21、23同士の最小距離d2は、半導体装置の厚さ方向になる。
したがって、本開示の第2の実施形態に従う半導体装置2では、トレンチ構造31の深さ及び/又は第1のp型半導体層21の厚さを調節することで、最小距離d2を調節できる。これにより、最も近接している2つのp型半導体層21、23同士の距離d2が0.4μm~1.0μmである半導体装置を、より簡易な方法によって製造することができる。
本開示の第2の実施形態に従う半導体装置2は、例えば図1B~1E及び図2Bに示すようにして形成することができる。具体的には、図1B~1Eに示すようにしてn型酸化ガリウム半導体層30にエッチングを行った後、図2Bに示すようにして、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわちトレンチ構造が形成された面に、第1のp型半導体層21及び第2のp型半導体層23を積層する。最後に、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわち第1のp型半導体層21及び第2のp型半導体層23が積層されている側の面上に、第1の電極体層10を配置し、n型酸化ガリウム半導体層30の他方の面に、第2の電極体層40を配置して、図2Aに示すような、半導体装置2が形成される。
なお、図2A及びBは、本開示の半導体装置を限定する趣旨ではない。
ここで、第1の空乏層と第2の空乏層とがそれぞれ形成される位置関係は、隣り合う第1のp型半導体層と第2のp型半導体層の最短距離の大きさによって制御することができる。また、空乏層の大きさは、n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度によって制御することができる。
したがって、第1の電極体層の第2の電極体層に対する相対電位が0Vの状態において、第1のp型半導体層とn型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第1の空乏層と、第2のp型半導体層とn型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第2の空乏層とが、互いに連結するように、隣り合う第1のp型半導体層と第2のp型半導体層の最短距離及びn型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度を設計することができる。
《第3の実施形態》
本開示の第3の実施形態に従う半導体装置は、上記の本開示の第2の実施形態を前提として、複数のトレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有している。本開示の第3の実施形態に従う半導体装置は、周辺耐圧構造において、複数のトレンチ構造の凹部内に、凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び複数のトレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有している。また、複数のp型半導体層それぞれのうち、第3のp型半導体層及び第4のp型半導体層が、最も近接している。
複数の第3のp型半導体層は、厚さが互いに異なるものを2つ以上有していることができる。すなわち、第3のp型半導体層と第4のp型半導体層との最短距離が異なる、2つ以上の第3のp型半導体層と第4のp型半導体層との組合せが存在していることができる。
特に、半導体装置の中央側から外側に向かうにつれて、最も近接している第3のp型半導体層と第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっていることができる。なお、半導体装置の中央側とは、第1の電極体層が配置されている側である。すなわち、言い換えると、周辺耐圧構造は、第1の電極体層から近い側から遠い側に向かうにつれて、第3のp型半導体層と第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっていることができる。
図3は、本開示の第3の実施形態に従う半導体装置における、周辺耐圧構造3を示す模式図である。
図3に示すように、周辺耐圧構造3は、複数のトレンチ構造31を有している。周辺耐圧構造3は、第3のp型半導体層51及び第4のp型半導体層53を有している。第3のp型半導体層51は、複数のトレンチ構造31の凹部内に、凹部の深さよりも小さい厚さで積層されている。第4のp型半導体層53は、複数のトレンチ構造31間の凸部33上に積層されている。複数のp型半導体層51、53それぞれのうち、第3のp型半導体層51及び第4のp型半導体層53が、最も近接している。
ここで、図3に示すように、周辺耐圧構造3は、中央側から外側に向かうにつれて、第3のp型半導体層51の厚さが小さくなっている。これにより、周辺耐圧構造3は、中央側から外側に向かうにつれて、第3のp型半導体層51と第4のp型半導体層53との最短距離d3a~dが大きくなっている。
なお、図3は、本開示の半導体装置を限定する趣旨ではない。
《参考例1~10》
〈参考例1〉
SiCを用いて、JBSダイオード、すなわち参考例1~10の半導体装置を作製した。n型半導体層のドーピング密度は、2.4×1016cm-3であった。p型半導体層は、SiCにアクセプタとしてのAlをイオン注入(1×1019cm-3)して形成した。p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離(ピッチ)は、1.0μmとした。
具体的には、図4A~Eに示すような方法によって形成した。
すなわち、まず、図4Aに示すように、SiCにドーパントをドープしてn型半導体層60を形成した。次いで、図4Bに示すように、n型半導体層60の一方の表面に、一定の間隔をあけてマスキング100を配置した。その後、図4Cに示すように、Alをイオン注入して、複数のp型半導体層70を形成した。次いで、図4Dに示すように、n型半導体層60の一方の表面からマスキング100を除去した。最後に、図4Eに示すように、n型半導体層60の両面に第1の電極体層10及び第2の電極体層40を配置した。
表1に参考例1の構成を示す。
〈参考例2~10〉
p型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離(ピッチ)を、それぞれ順に2.0μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、7.0μm、8.0μm、9.0μm、10.0μm、及び12.0μmとしたことを除いて参考例1と同様にして、参考例2~10の半導体装置を作製した。
表1に参考例2~10の構成を示す。
〈試験〉
各例の半導体装置の電極体間に、順方向に電流を流し、1.0mAとなるときの電極体間の電圧値(V)を測定した。また、100A/cmにおけるオン抵抗を測定した。
表1に各例の試験結果を示す。
〈結果〉
表1に参考例1~10の半導体装置の構成及び試験結果を示す。また、図5に参考例1~10の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示す。
Figure 0007468432000001
表1及び図5に示すようにピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離が小さくなるに従い、耐圧は増加し、同時にオン抵抗も増加した。
《実施例1~5及び比較例1~8》
〈実施例1〉
n型酸化ガリウム半導体層(ドープ密度5×1017cm-3)、及びp型半導体層としてのNiOを用いて、図1A~1Gに示すような方法によって、実施例1の半導体装置を作製した。
具体的には、まず、図1Bに示すn型酸化ガリウム半導体層30に対して、図1Cに示すように、マスキング100を形成した。次いで、図1Dに示すように、エッチングによりn型酸化ガリウム半導体層30の一方の面側にトレンチ構造31を形成し、図1Eに示すように、マスキング100を除去した。その後、図1Fに示すように、p型半導体層21、23を堆積させた。ここで、図1Gに示すように、p型半導体層21、23のうち、トレンチ構造31の凹部内に堆積したp型半導体層21は残して、トレンチ構造31の凸部33上に堆積したp型半導体層23を除去した。最後に、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわちp型半導体層21が積層されている側の面上に、第1の電極体層10を配置し、n型酸化ガリウム半導体層30の他方の面に、第2の電極体層40を配置して、図1Aに示すような、半導体装置1を作製した。
ここで、ピッチ、すなわちp型半導体層21のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層21までの最短距離d1は、0.4μmであった。
表2に実施例1の構成を示す。
〈実施例2~4〉
ピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離を、それぞれ順に、0.5μm、0.7μm、及び1.0μmとしたことを除いて実施例1と同様にして、実施例2~4の半導体装置を作製した。
表2に実施例2~4の構成を示す。
〈実施例5〉
n型酸化ガリウム半導体層(ドープ密度5×1017cm-3)、及びp型半導体層としてのNiOを用いて、図1B~1E及び図2Bに示すような方法によって、実施例5の半導体装置を作製した。
具体的には、図1B~1Eに示すようにしてn型酸化ガリウム半導体層30にエッチングを行った後、図2Bに示すようにして、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわちトレンチ構造31が形成された面に、第1のp型半導体層21及び第2のp型半導体層23を積層した。最後に、n型酸化ガリウム半導体層30の一方の面、すなわちp型半導体層21、23が積層されている側の面上に、第1の電極体層10を配置し、n型酸化ガリウム半導体層30の他方の面に、第2の電極体層40を配置した。
ここで、ピッチ、すなわち第1のp型半導体層21と第2のp型半導体層23との最短距離d2は、1.0μmであった。なお、実施例5におけるピッチは、実施例1~4と異なり、半導体装置2の厚さ方向に関する、第1のp型半導体層21と第2のp型半導体層23との距離である。
表2に実施例5の構成を示す。
〈試験〉
各例の半導体装置の電極体間に、順方向に電流を流し、1.0mAとなるときの電極体間の電圧値(V)を測定した。また、100A/cmにおけるオン抵抗を測定した。
表2に各例の試験結果を示す。
〈比較例1~8〉
ピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離を、それぞれ順に、0.2μm、0.3μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、及び4.0μmとしたことを除いて実施例1と同様にして、比較例1~8の半導体装置を作製した。
表2に比較例1~8の構成を示す。
〈結果〉
表2に実施例1~5及び比較例1~8の半導体装置の構成及び試験結果を示す。また、図6に実施例1~5及び比較例1~8の半導体装置に関する耐圧とピッチの長さとの関係を示す。
Figure 0007468432000002
表2及び図6に示すように、ピッチ、すなわちp型半導体層のそれぞれに対して最も近接しているp型半導体層までの最短距離が小さくなるに従い、耐圧は増加し、同時にオン抵抗も増加した。
また、表2及び図6に示すように、ピッチが1.0μm以上であった実施例1~5とピッチが1.0μm超であった比較例3~8を比較すると、ピッチが1.0μm以下になると、耐圧が急激に増加した。他方、表2及び図6に示すように、ピッチが1.0μm以上であった実施例1~5とピッチが0.4μm未満であった比較例1及び2を比較すると、ピッチが0.4μm未満となると、耐圧の増加に対するオン抵抗の増加が急激に大きくなった。
1及び2 半導体装置
3 周辺耐圧構造
10 第1の電極体層
20 p型半導体層
21 第1のp型半導体層
23 第2のp型半導体層
30 n型酸化ガリウム半導体層
31 トレンチ構造
33 凸部
40 第2の電極体層
51 第3のp型半導体層
53 第4のp型半導体層
60 n型半導体層
70 p型半導体層
100 マスキング

Claims (5)

  1. 第1の電極体層、複数のp型半導体層、n型酸化ガリウム半導体層、及び第2の電極体層を有しており、
    複数の前記p型半導体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の一方の面側に積層されており、
    前記第1の電極体層は、複数の前記p型半導体層と接し、かつ複数の前記p型半導体層同士が離間している部分において前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の前記一方の面側に積層されており、
    前記第2の電極体層は、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして、前記n型酸化ガリウム半導体層の他方の面側に積層されている、
    半導体装置であって、
    前記p型半導体層のそれぞれに対して最も近接している前記p型半導体層までの最短距離は、0.4μm~1.0μmmであり、
    前記n型酸化ガリウム半導体層は、複数の前記p型半導体層が積層されている側に、複数のトレンチ構造を有しており、
    複数の前記p型半導体層は、
    複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第1のp型半導体層、及び
    複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第2のp型半導体層を有しており、かつ
    前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層とが、最も近接しており、
    前記第1の電極体層は、前記第1のp型半導体層及び前記第2のp型半導体層と接し、かつ複数の前記トレンチ構造の側面において、前記n型酸化ガリウム半導体層と接するようにして積層されており、
    複数の前記トレンチ構造を有している周辺耐圧構造を更に有しており、
    前記周辺耐圧構造において、
    複数の前記トレンチ構造の凹部内に、前記凹部の深さよりも低い厚さで積層されている、第3のp型半導体層、及び
    複数の前記トレンチ構造間の凸部上に積層されている、第4のp型半導体層を有しており、かつ
    前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層とが、最も近接している、
    半導体装置。
  2. 前記第1の電極体層の前記第2の電極体層に対する相対電位が0Vの状態において、前記第1のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第1の空乏層と、前記第2のp型半導体層と前記n型酸化ガリウム半導体層との間に形成される、第2の空乏層とが、互いに連結するように、隣り合う前記第1のp型半導体層と前記第2のp型半導体層の最短距離及び前記n型酸化ガリウム半導体層におけるドーピング密度が設計されており、かつ
    前記第2の電極体層がオーミック電極である、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 複数の前記第3のp型半導体層は、厚さが互いに異なるものを2つ以上有している、
    請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 半導体装置の中央側から外側に向かうにつれて、最も近接している前記第3のp型半導体層と前記第4のp型半導体層との最短距離が大きくなっている、
    請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記n型酸化ガリウム半導体層は、ドーピング密度が3×1017cm-3以上である酸化ガリウム基板である、請求項1~のいずれか一項に記載の半導体装置。
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